銅合金是一種具有良好的導熱、導電、抗磁以及良好延展性的金屬,在電氣、航天、家電、交通等領域有著廣泛的應用。隨著對銅合金零件精度、復雜程度、耐磨性、鍍銀等其他特殊性能需求的提高和對零件加工成本要求的降低,傳統的熱鍛成形配合切削加工已難以滿足這些要求,因此銅合金冷鍛技術在近些年開始被大量的使用。冷鍛技術包括冷擠壓、室溫閉塞鍛造、室溫閉式模鍛和開式模鍛等,其中室溫開式模鍛難度最大。
由于開式模鍛型腔遠比回轉體類零件的常規擠壓復雜,應力集中現象非常嚴重,模具壽命很低,對模具強度、制坯、工藝的要求很高,因此難度很大。室溫開式模鍛時,材料的冷作硬化現象嚴重,導致冷鍛坯料不能通過類似熱模鍛那樣反復鍛打來獲得,從而制坯難度更高。因此,掌握室溫開式模鍛技術是制造高精度開式模鍛件的先決條件。
銅合金室溫開式模鍛產品具有以下特點。
(1)無氧化、表面質量好:冷鍛技術是在室溫下成形,材料不需要加熱,所以產品表面不存在氧化現象,沒有氧化皮坑,表面質量好,一般不需要進行額外的機械切削加工即可使用。一般冷鍛銅零件表面粗糙度可達到Ra3.2~Ra0.8μm。
(2)精度高、質量穩定:銅合金的塑性較好,變形抗力較小,現有的模具材料能夠滿足鍛造的要求,變形過程易得到控制,且不存在熱收縮問題,因此相較熱鍛或溫鍛精度要高得多。冷鍛產品的精度還主要與模具的精度相關,隨著高精度數控加工中心的普及,模具精度已經大幅度提高,目前冷鍛產品的精度基本可控制在0.05~0.15mm以內,甚至小的回轉體零件可達到0.02mm的水平,且生產過程中產品的精度穩定、質量好,很多零件直接通過鍛造可達到裝配使用的精度水平。
(3)硬度高、強度高、耐磨性好:通過常溫下的塑性變形,銅材得到加工硬化,獲得了比普通熱鍛更高的硬度,提高了材料的強度,也具有了更好的耐磨性。
純銅、黃銅以及白銅均無法像鋼材那樣熱處理強化,則這些材料的熱模鍛件只能是軟狀態,強度、硬度和耐磨性較差,在很多情況下都無法滿足使用要求。例如高壓開關的純銅導電觸指要求鍍硬銀后,有抗插拔、抗拉毛、抗輕微碰撞的能力,若采用熱鍛成形,材質基體太軟,鍍銀后銀層結合不牢固,經過輕微碰撞就會掉片,引起開關放電爆炸,造成重大的事故,因此大多數情況下有運動摩擦要求的高壓開關導電觸指都必須是硬態的,必須采用冷鍛成形,此點可從日本東芝、ABB、西門子等高壓開關導電觸指的設計上得到驗證。
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